Appareil pour la mesure de l'épaisseur de matières en feuilles.
La a présente invention a pour objet un appareil pour la mesure de l'épaisseur de matières en feuilles ainsi que d'enduits ou revêtements.
Elle est utile, entre autres choses, dans la fabrication des rouleaux de papiers, de linoléum, des tôles métalliques et des feuilles en matière plastique ainsi que dans l'application d'enduits et de revêtements, pour contrôler et pour régulariser l'épaisseur de la matière étendue sous une faible épaisseur.
Dans la production de matières en feuilles, il est généralement diffieile. de mesurer l'épaisseur de la feuille en cours de fabrication sans apporter une perturbation à la production et sans endommager la surface de la feuille.
L'appareil conforme à la présente invention apporte une solution à cette difficulté en mesurant l'effet d'atténuation produit par la feuille sur un faisceau de radiations.
Cet appareil est caractérisé en ce qu il comprend deux chambres d'ionisation, dont l'une est disposée pour recevoir des radiations traversant la feuille de matière soumise aux essais, et un instrument indicateur fonctionnant d'une manière différentielle sous l'effet des courants fournis par les chambres.
L'appareil peut être préalablement équilibré pour indiquer le zéro dans des conditions exigées, en réglant l'espace entre les chambres d'ionisation et des sources radioactives séparées, et en interposant au besoin des écrans.
Quand l'appareil sert à régler l'épaisseur de la matière, ou contribue à maintenir une épaisseur constante, l'identité des chambres d'ionisation n'est pas une chose essentielle.
Cependant, dans la forme d'exécution préférée de l'invention, on utilise des chambres d'ionisation identiques, de manière que l'effet des conditions ambiantes communes aux deux chambres soit neutralisé.
La figure unique du dessin annexé représente, à titre d'exemple, le schéma d'une forme d'exécution de l'appareil faisant l'objet de l'invention.
L'appareil représenté comprend deux chambres d'ionisation identiques 1, 2 comprenant une enveloppe métallique tubulaire qui constitue une électrode extérieure 3 ; cette en- veloppe présente à nne extrémité une fenêtre ayant sur les radiations employées un effet dé freinage réduit; elle est remplie de gaz et contient une électrode axiale et filiforme 4.
Chaque chambre d'ionisation est disposée près d'une source de radiations, par exemple à la verticale, au-dessus de celle-ci. Des moyens sont prévus pour régler l'intervalle entre la chambre et la source et pour y introduire une feuille de matière. Chaque chambre est enfermée dans un carter métallique 5, imperméable aux radiations et relié électriquement à la terre.
Les éleetrodes extérieures 3 des chambres d'ionisation 1 et 2 sont connectées respectivement aux lignes d'alimentation en eourant con- tinu 20 et 21 qui ont des polarités inverses par rapport à la ligne 22 mise à la terre. Dans le circuit représenté, les lignes 20 et 21 ont respectivement des voltages de + 150 et -150 volts réglés par exemple an moyen d'un-re- dresseur et < d'un réseau de régularisation alimentés à la manière habituelle par un transformateur alimenté lui-même par le secteur.
Les électrodes intérieures 4 des chambres d'ionisation sont reliées entre elles et reliées égalementàl'unedes résistances de chargeéle- vées R1, R2, R3, par l'intermédiaire d'un contact24servant à la vérification du zéro et d'in sélecteur 25 servant au réglage de la sensibilité.
Les valeurs de ces résistances peuvent être respectivement de 101 , 1011, 1012 ohms.
Chacune de ces résistances est mise à la terre à travers une résistance R10.
Les chambres d'ionisation sont ainsi connectées de telle façon que leurs courants de décharge traversent respectivement suivant des sens opposés l'une des résistances de charge R1, R2, R3.
On mesure le courant dans la résistance de charge en incorporant celle-ci connue résistance d'entrée à un circuit d'électromètre comprenant un tube électromètre V1, c'est-à-dire un tube électronique ayant une grande impé dance d'entrée, couplé directement suivant un procédé connu avec un tube amplificateur V2 connecté à la cathode de V1, de manière à établir de part et d'autre de la résistance de charge de cathode R9 un voltage par rapport au sol, qui soit proportionnel au courant passant dans la résistance d'entrée.
Ce voltage par rapport au sol, dans le circuit représenté, est appliqué par l'intermé- diaire d'un interrupteur à retard 26, à un ampèremètre 27, monté en série avec la résistance 1110. Un ampèremètre d'une résistance de 10 000 ohms pouvant indiquer des courants allant jusqu'à 500 micro-ampères dans les deux sens de part et d'autre du zéro convient parfaitement dans le circuit particulier représenté. La résistance R10 sert de résistance de rétroaction négative pour améliorer la linéarité et la stabilité du - circuit suivant un procédé bien connu. Elle- sert également à fournir un voltage appliqué à un enregistreur 28.
Pour produire une feuille d'épaisseur standard, on insère une feuille standard entre l'une des sources radioactives et la chambre d'ionisation correspondante, tandis que l'autre source et l'autre chambre sont disposées de façon que la feuille en cours de fabrication défile entre elles. Les sources sont choisies pour que le courant soit approximativement de 10-9 ampères dans chaque chambre d'ionisation. Il n'est pas nécessaire que les deux sources radioactives aient exactement la même puissance, puisque les courants peuvent être équilibrés, pendant le réglage de l'ins trament, en adoptant un espace convenable entre l'une des chambres et la source correspondante. Le circuit d'électromètre représenté est capable de mesurer des courants pouvant descendre jusqu'à 5 x 10-12 ampères.
Grâce à ce moyen, la différence entre les courants des chambres d'ionisation peut être mesurée à moins de 0,5 9/o près.
Dans les conditions de fonctionnement, l'électromètre est polarisé de façon que l'ampèremètre marque 0 quand la feuille en cours de fabrication a l'épaisseur exigée, c'est-à-dire normalement l'épaisseur standard. Tout écart par rapport à l'épaisseur exigée se traduit par une indication de l'ampèremètre de l'un ou de l'autre côté du zéro, et l'opérateur de la machine a tout simplement à régler la commande d'épaisseur pour ramener l'ampèremètre au zéro. Le voltage de l'ampèremètre peut être utilisé comme voltage d'erreur que l'on applique à un servo-mécanisme capable de régler automatiquement l'épaisseur. L'enregistreur enregistre d'une manière continue les écarts d'épaisseur.
On n peut introduire un condensateur dans le circuit d'entrée de l'électromètre pour régler la constante de temps du fonctionnement de l'instrument. On a trouvé qu'une constante de temps de cinq secondes convenait parfaitement pour éviter les oscillations dues à la texture de la matière, aux bosses, etc., par exemple au dessin gravé sur une feuille de linoléum,
Une source radioactive n'émettant que des rayons fi est appropriée au cas où il s'agit de mesurer l'épaisseur de feuilles de papier ou de matière plastique, de linoléum et d'un grand nombre de matières organiques. Une telle source peut être réalisée par une couche d'un isotope radioactif déposé sur un disque métallique.
L'isotope est choisi suivant le poids par unité de surface de la feuille dont on veut mesurer l'épaisseur; le soufre 35 convient pour des feuilles dont le poids est de l'ordre de 10 milligrammes par cm2, le calcium 45 dans le cas où le poids est de 25 milligrammes par cm2; le thallium 204 convient pour 200 milligrammes par cm2 et le strontium 90 pour 700 milligrammes par cm2.
Quand on veut mesurer l'épaisseur de feuilles métalliques, il faut utiliser des sources de rayons y mous avec une forme appropriée des chambres d'ionisation.
Quelques-uns des avantages de la mise en opposition des chambres d'ionisation sont les suivants:
1" Il est possible d'apprécier des différences de poids par unité de surface de 1 O/o, alors qu'une chambre d'ionisation simple indiquant directement l'épaisseur, peut être su jette à une erreur de 5 à : 10 O/o ou même da- vantage, due au déplacement du zéro et à des changements de sensibilité.
2O Les résistances de grille élevées peuvent subir des variations atteignant 10 9/o quand les conditions de température et d'humidité sont modifiées; puisque les deux courants passent à travers la même résistance, la variation de celle-ci ne produit qu'un effet de se cond ordre sur la précision de l'instrument qui indique les écarts par rapport au zéro, et ne produit aucun effet si l'opérateur maintient le compteur au zéro.
3O Quand on choisit une source de rayons y, il arrive fréquemment qu'un isotope émettant les rayons y mous exigés émette également un rayon y dur dont l'intensité est très peu atténuée par la, feuille à mesurer; l'effet de ce rayon y plus dur est annihilé par l'instrument décrit.
4O Dans le cas où il s'agit de matières contenant des inclusions de titane ou de plomb par exemple, un étalonnage du poids par unité de surface fait avec une autre matière quelconque n'est plus valable; il est alors nécessaire de faire un nouvel étalonnage pour chaque sorte de matière si on emploie un instrument à lecture directe par une seule chambre d'ionisation ; cet inconvénient est évité en utilisant une feuille standard interchangeable.
5 Il est facile de tenir compte des feuilles de renforcement et de toutes matières de support ou de protection que l'on juge utile d'introduire dans l'instrument; on peut équilibrer l'instrument de facon à lui faire mesurer les variations d'épaisseur de l'une d'un certain nombre de couches, par exemple les variations d'épaisseur d'un revêtement.
On peut utiliser l'instrument décrit de différentes façons. Pour contrôler ou régler l'épaisseur d'un revêtement recouvrant une feuille de support, par exemple un revêtement de carbone sur du papier carbone, on fait passer la feuille dépourvue de revêtement entre une chambre et sa source, et la feuille pourvue de son revêtement entre l'autre chambre et l'autre source.
L'épaisseur du revêtement peut être mesurée sous la forme d'un voltage de déséquilibrage; le voltage de dés- équilibrage peut aussi être équilibré par une force électromotrice fixe déterminée en comparant au préalable une feuille standard recouverte de son revêtement et une feuille standard sans revêtement; on peut également obtenir un équilibrage dans l'action des chambres d'ionisation en choisissant convenablement la distance des sources radioactives ou en utilisant des écrans auxiliaires ou encore en employant simultanément ces deux moyens.
On peut, par exemple, disposer une feuille standard et son revêtement contre la feuille mobile sans revêtement en face d'une chambre d'ionisation, et disposer une feuille standard sans revêtement contre la feuille mobile pourvue d'un revêtement, en face de l'autre chambre d'ionisation.
Apparatus for measuring the thickness of sheet materials.
The present invention relates to an apparatus for measuring the thickness of sheet materials as well as of coatings or coatings.
It is useful, among other things, in the manufacture of paper rolls, linoleum, metal sheets and plastic sheets as well as in the application of plasters and coatings, to control and regulate the thickness of the material extended under a small thickness.
In the production of sheet materials, it is generally difficult. to measure the thickness of the sheet during manufacture without disturbing production and without damaging the surface of the sheet.
The apparatus according to the present invention provides a solution to this difficulty by measuring the attenuation effect produced by the sheet on a beam of radiation.
This apparatus is characterized in that it comprises two ionization chambers, one of which is arranged to receive radiation passing through the sheet of material subjected to the tests, and an indicator instrument operating in a differential manner under the effect of the currents. provided by the rooms.
The apparatus can be pre-balanced to indicate zero under required conditions, by adjusting the space between the ionization chambers and separate radioactive sources, and by interposing screens if necessary.
When the apparatus is used to regulate the thickness of the material, or helps to maintain a constant thickness, the identity of the ionization chambers is not essential.
However, in the preferred embodiment of the invention, identical ionization chambers are used, so that the effect of ambient conditions common to the two chambers is neutralized.
The single figure of the appended drawing represents, by way of example, the diagram of an embodiment of the apparatus forming the subject of the invention.
The apparatus shown comprises two identical ionization chambers 1, 2 comprising a tubular metal casing which constitutes an external electrode 3; this casing has at one end a window having a reduced braking effect on the radiation employed; it is filled with gas and contains an axial and threadlike electrode 4.
Each ionization chamber is arranged near a radiation source, for example vertically, above it. Means are provided for adjusting the gap between the chamber and the source and for introducing a sheet of material therein. Each chamber is enclosed in a metal casing 5, impermeable to radiation and electrically connected to earth.
The outer electrodes 3 of the ionization chambers 1 and 2 are connected respectively to the DC power supply lines 20 and 21 which have reverse polarities with respect to the grounded line 22. In the circuit shown, the lines 20 and 21 have voltages of + 150 and -150 volts, respectively, adjusted for example by means of a rectifier and of a regulation network supplied in the usual way by a powered transformer. itself by the sector.
The internal electrodes 4 of the ionization chambers are interconnected and also connected to one of the high load resistors R1, R2, R3, by means of a contact 24 serving to check the zero and a selector 25 serving for the zero point. sensitivity adjustment.
The values of these resistances can be respectively 101, 1011, 1012 ohms.
Each of these resistors is grounded through a resistor R10.
The ionization chambers are thus connected in such a way that their discharge currents pass respectively in opposite directions through one of the load resistors R1, R2, R3.
The current in the load resistor is measured by incorporating the latter known as input resistance into an electrometer circuit comprising an electrometer tube V1, that is to say an electron tube having a large input impedance, coupled directly according to a known method with an amplifier tube V2 connected to the cathode of V1, so as to establish on either side of the cathode load resistance R9 a voltage with respect to the ground, which is proportional to the current flowing through the input resistance.
This voltage with respect to the ground, in the circuit shown, is applied via a delay switch 26, to an ammeter 27, mounted in series with resistor 1110. An ammeter with a resistance of 10,000 ohms which can indicate currents of up to 500 micro-amps in both directions on either side of zero is ideally suited in the particular circuit shown. Resistor R10 serves as a negative feedback resistor to improve the linearity and stability of the circuit according to a well known method. It is also used to supply an applied voltage to a recorder 28.
To produce a sheet of standard thickness, a standard sheet is inserted between one of the radioactive sources and the corresponding ionization chamber, while the other source and the other chamber are arranged so that the sheet being produced. production scrolls between them. The sources are chosen so that the current is approximately 10-9 amps in each ionization chamber. It is not necessary that the two radioactive sources have exactly the same power, since the currents can be balanced, during the adjustment of the instrument, by adopting a suitable space between one of the chambers and the corresponding source. The electrometer circuit shown is capable of measuring currents down to 5 x 10-12 amps.
By this means, the difference between the currents of the ionization chambers can be measured to within 0.5 9 / o.
Under operating conditions, the electrometer is polarized such that the ammeter marks 0 when the sheet being manufactured has the required thickness, i.e. normally the standard thickness. Any deviation from the required thickness results in an ammeter reading on either side of zero, and the machine operator simply has to adjust the thickness control to reset. the ammeter to zero. The voltage of the ammeter can be used as an error voltage which is applied to a servo-mechanism capable of automatically adjusting the thickness. The recorder continuously records the thickness deviations.
A capacitor can not be introduced into the input circuit of the electrometer to adjust the time constant of operation of the instrument. It has been found that a time constant of five seconds is ideal for avoiding oscillations due to the texture of the material, bumps, etc., for example the design engraved on a sheet of linoleum,
A radioactive source emitting only fi rays is suitable for the purpose of measuring the thickness of sheets of paper or plastic, linoleum and a large number of organic materials. Such a source can be produced by a layer of a radioactive isotope deposited on a metal disc.
The isotope is chosen according to the weight per unit area of the sheet whose thickness is to be measured; sulfur 35 is suitable for leaves whose weight is on the order of 10 milligrams per cm2, calcium 45 in the case where the weight is 25 milligrams per cm2; thallium 204 is suitable for 200 milligrams per cm2 and strontium 90 for 700 milligrams per cm2.
When it is desired to measure the thickness of metal foils, it is necessary to use soft γ ray sources with an appropriate form of ionization chambers.
Some of the advantages of opposing ionization chambers are as follows:
1 "It is possible to appreciate differences in weight per unit area of 1 O / o, whereas a simple ionization chamber indicating the thickness directly, may be subject to an error of 5 to: 10 O / o or even more, due to the shift of zero and changes in sensitivity.
2O High grid resistances can undergo variations up to 10 9 / o when the temperature and humidity conditions are changed; since the two currents pass through the same resistance, the variation of this one produces only an effect of cond order on the precision of the instrument which indicates the deviations from zero, and produces no effect if the operator keeps the counter at zero.
3O When choosing a source of y-rays, it frequently happens that an isotope emitting the required soft y-rays also emits a hard y-ray whose intensity is very little attenuated by the sheet to be measured; the effect of this harder y-ray is annihilated by the instrument described.
4O In the case of materials containing inclusions of titanium or lead for example, a calibration of the weight per unit area made with any other material is no longer valid; it is then necessary to carry out a new calibration for each kind of material if an instrument with direct reading through a single ionization chamber is used; this disadvantage is avoided by using an interchangeable standard sheet.
5 It is easy to take into account the reinforcing sheets and any supporting or protective materials which one considers useful to introduce into the instrument; the instrument can be balanced so as to make it measure variations in thickness of one of a number of layers, for example variations in thickness of a coating.
The described instrument can be used in different ways. To control or adjust the thickness of a coating covering a backing sheet, for example a carbon coating on carbon paper, the uncoated sheet is passed between a chamber and its source, and the coated sheet. between the other chamber and the other source.
Coating thickness can be measured as an unbalance voltage; the unbalancing voltage can also be balanced by a fixed electromotive force determined by first comparing a standard sheet covered with its coating and a standard sheet without coating; it is also possible to obtain a balance in the action of the ionization chambers by suitably choosing the distance from the radioactive sources or by using auxiliary screens or else by simultaneously using these two means.
It is possible, for example, to place a standard sheet and its coating against the uncoated movable sheet in front of an ionization chamber, and to arrange a standard sheet without coating against the movable sheet provided with a coating, in front of the ionization chamber. 'other ionization chamber.